A eficiência da bomba multistadio vertical é determinada pelo ponto de operação do sistema completo, e não apenas pelo nome da bomba. Uma bomba pode apresentar uma eficiência máxima atraente em sua curva, mas consumir energia desnecessária quando dimensionada de forma desproporcional, regulada abaixo do seu ponto de máxima eficiência, ou conectada a uma rede de tubulações com alta perda. Para reduzir o consumo de energia, é necessário medir o fluxo real, a pressão de sucção e descarga, a entrada do motor e o número de horas de funcionamento; comparar esses valores com a curva da bomba e o perfil de demanda do edifício. Em seguida, é necessário abordar problemas como perda de cabeça evitável, etapa de operação, controle de velocidade, desgaste e manutenção. Não se deve presumir que a substituição de um motor ou a adição de um motor auxiliar resolverá um problema hidráulico.
Separar a eficiência da bomba da eficiência do sistema
A eficiência hidráulica de uma bomba descreve a quantidade de potência do eixo que se converte em potência útil de água em um fluxo e pressão específicos. A eficiência do motor descreve a conversão do consumo de energia elétrica para potência do eixo. As perdas de transmissão, acoplamento e controle também podem ser importantes. A eficiência do sistema considera se a água é fornecida com o fluxo e pressão realmente necessários. Uma bomba altamente eficiente pode ser parte de um sistema dispendioso se uma válvula de regulação rejeitar a pressão excedente ou se a água for constantemente desviada de volta para um tanque.
O Departamento de Energia dos EUA livro de referência sobre sistemas de bombeamento realça a curva de desempenho do sistema instalado e o ponto de melhor eficiência da bomba. O DOE Página de recursos do sistema de bombas Inclui ações como a redução de perdas de tubos e válvulas, a correção de bombas com dimensões excessivas e a restauração das distâncias internas. Estes princípios aplicam-se às bombas verticais de vários estágios, mas as poupanças reais devem ser calculadas a partir do modelo selecionado e do ciclo de trabalho.
O Produto vertical multistage BorraPumps CDL(F) é uma referência de produto para esta discussão, no contexto mais amplo. Gamma de reforços de abastecimento de água. Seu corpo de bomba de aço inoxidável visível e o motor montado na parte superior não determinam uma eficiência específica, número de estágios, classe de material ou velocidade permitida. Obtenha a curva atual do fabricante e os dados do motor para a configuração exata em questão.
Encontre o ponto de operação real
Medir o fluxo, a pressão de sucção, a pressão de descarga e a entrada elétrica sob demanda representativa de baixa, normal e máxima. Calcular a pressão diferencial da bomba após o cálculo das diferenças de altitude e velocidade do medidor se o material for utilizado. Plotar o ponto na curva selecionada da bomba. Uma bomba que passa a maior parte do tempo muito para a esquerda do seu ponto de melhor eficiência pode ser muito grande para a demanda normal, mesmo que atenda ao máximo especificado. Uma bomba que opera muito para a direita pode apresentar falta de pressão e consumo de corrente excessivo ou entrar em uma região inadequada.
Não avalie o fluxo apenas com base na pressão. Uma válvula de controle que muda de posição, uma bomba paralela ou uma condição de entrada podem alterar o ponto de operação. Utilize um medidor calibrado sempre que possível ou uma medição temporária do fluxo que possa ser defendida. Registre quais bombas estão funcionando e se existe um bypass ou uma válvula de redução de pressão aberta. Guia de seleção de bombas multistage verticais pode ajudar a conectar o ponto de serviço a uma bomba candidata, enquanto este artigo se concentra na energia após o conhecimento do ponto de serviço.
Conhecer o ponto de máxima eficiência e o intervalo de funcionamento
O ponto de máxima eficiência, ou BEP, é o caudal no qual a eficiência hidráulica da bomba atinge o seu máximo para uma determinada velocidade e rotor. O Instituto de Hidráulica Tutorial sobre o ponto de operação do sistema de bomba explica como as curvas da bomba e do sistema se cruzam e por que esse ponto deve ser verificado próximo à região de operação eficiente. O BEP não é automaticamente o ponto que o sistema deve ocupar em todos os momentos, mas é uma referência útil. O fabricante pode especificar uma região de operação preferida e um fluxo contínuo mínimo. Esses limites protegem a confiabilidade, além da eficiência. Operar próximo ao ponto de corte pode causar recirculação de ar, calor, ruído e tensão nos selos; operar muito longe demais pode aumentar a cavitação ou a carga no motor.
Uma bomba de vários estágios aumenta a pressão ao atravessar as etapas sucessivas. Mais estágios podem atender a uma carga de alta pressão, mas o número de estágios isoladamente não prediz a eficiência. O diâmetro do rotor, o design do difusor, a velocidade específica, a velocidade, a folga entre os estágios, as propriedades do fluido e o ponto selecionado são fatores importantes. Ao comparar dois modelos, solicitar curvas de eficiência com o mesmo fluxo e pressão requerida. Um modelo menor próximo à sua região de eficiência pode superar um modelo maior que passa a maior parte do tempo com a carga reduzida.
Quantificar a perda de cabeça evitável
Cada queda de pressão desnecessária adiciona trabalho. Verifique o diâmetro do tubo, os longos trechos, os acessórios afiados, os filtros, as válvulas de isolamento parcialmente fechadas, as válvulas de retardo e os dispositivos de redução de pressão. Medir a pressão antes e depois da instalação de componentes suspeitos em um fluxo representativo. Um filtro limpo pode apresentar uma perda modesta, enquanto um obstruído pode consumir uma quantidade substancial de pressão; não substitua uma bomba antes de verificá-la. Aumentar o tamanho do tubo ou reduzir os acessórios pode, por vezes, reduzir a pressão necessária da bomba, embora os custos de construção e os limites de velocidade devem ser considerados.
O Artigo sobre cálculo do cabeçote do elevador mostra como a elevação estática e a fricção dependente do fluxo se combinam. A cabeça estática não desaparece quando a velocidade diminui, portanto estimativas baseadas na lei da afinidade podem exagerar as economias de energia em um sistema com cabeça estática elevada. Recalcule o ponto de operação onde a curva de velocidade reduzida encontra a curva do sistema real. O livro-texto do DOE discute essa distinção ao avaliar a bomba de velocidade variável.
| Observação | Efeito energético provável | Medição para fazer | Ações potenciais |
|---|---|---|---|
| A válvula de descarga é rotineiramente obstruída | A bomba cria uma cabeça que é deliberadamente perdida | Pressão na válvula em vazão normal | Revisar o tamanho da bomba ou a estratégia de controle |
| O acesso à rede é bloqueado por longos períodos | A água é bombeada sem uma entrega útil | Evite o fluxo de água e reduza o tempo de funcionamento | Projeto correto de fluxo mínimo e etapas |
| Perda de pressão no filtro em aumento | É necessário um cabeçalho extra para a mesma entrega | Pressão diferencial em fluxo comparável | Limpar ou reparar o filtro |
| Várias bombas funcionam com carga leve | Cada uma pode ser uma região longe de ser eficiente | Fluxo e entrada por bomba de operação | Avaliação da opção de etapa de preparação e bomba de corte |
| Alta corrente motriz com fluxo útil baixo | Possível incompatibilidade hidráulica ou mecânica | Corrente, fluxo, altura, velocidade, vibração | Inspeccione o ponto de operação e a condição |
| O uso de óculos reduz a altura da cabeça entregue | Pode ser necessário mais tempo de execução ou velocidade. | Curva de tendência em relação à linha de base | Verifique os espaços e os componentes |
A tabela serve mais como um diagnóstico do que como uma afirmação de poupanças fixas. Os valores medidos antes e depois de uma mudança são comparáveis à demanda. Uma bomba que parece menos eficiente pode simplesmente estar servindo a uma pressão ou fluxo diferentes.
Escolha a fase de teste e o controle de velocidade com cuidado
Se a demanda for muito variável, várias bombas menores ou um sistema de velocidade variável podem ajudar a manter o ponto de operação mais próximo do desempenho útil. A seleção de bombas deve ser baseada em curvas combinadas e na distribuição da demanda. Uma segunda bomba deve ser ligada quando a primeira já não consegue atender ao objetivo de pressão no fluxo exigido, e não apenas após um tempo fixo decorrido. Guia com duas bombas versus guia com três bombas explica como as etapas de preparação e a redundância diferem.
Um motor de frequência variável altera a velocidade da bomba e pode reduzir o desperdício de energia em alguns sistemas. Não garante poupanças: em vazões muito baixos, o motor, a unidade de acionamento e a bomba podem funcionar mal, e uma alta pressão estática pode limitar a redução da velocidade. Confirme o fluxo mínimo, o refrigeração do motor, a velocidade máxima e o feedback estável do sensor. Guia de seleção do booster VFD abrange entradas elétricas e de controle. Compare as entradas do sistema inteiro em vários pontos de operação antes de escolher um motor exclusivamente com base em uma estimativa com base em lei de afinidade.
Verifique as perdas de motor e transmissão
Leia o respectivo painel de informações do motor e as informações sobre a eficiência. Um motor de eficiência superior pode ser útil quando a bomba estiver em funcionamento durante muitas horas, mas seu benefício é limitado se o sistema hidráulico desperdiçar muito mais energia devido ao excesso de pressão. Um motor adicional adiciona suas próprias perdas e pode alterar o funcionamento do motor. Avalie o desempenho combinado entre o cabo e a água nos pontos de carga esperados, não apenas a eficiência máxima do motor. Quando houver vários motores disponíveis, compare seus tempos de funcionamento reais e a carga máxima.
A corrente elétrica por si só não é uma medida completa de energia. Registre tensão, corrente, fator de potência, potência real, velocidade e tempo de funcionamento utilizando instrumentos apropriados e pessoal qualificado. Uma corrente elétrica inesperadamente baixa pode estar associada a um fluxo de água baixo, uma condição de funcionamento seco ou um ponto de operação diferente; isso não é automaticamente um indicador de eficiência. Nunca abra um painel ativo para coletar dados sem o procedimento de segurança elétrica do local.
Considerar a condição de desgaste e a presença de água
A erosão, a corrosão, a incrustação e os espaços vazios excessivos podem reduzir o desempenho hidráulico. A fuga da vedação também pode indicar uma operação fora do intervalo adequado, embora uma vedação possa falhar por outras razões. O fluxo de tendência, a pressão de saída, as vibrações, a temperatura e a entrada contra a linha de base de comissionamento. Se a carga tiver mudado, uma bomba desgastada e uma bomba mal selecionada podem parecer semelhantes até que a curva e a condição sejam examinadas. Guia de dimensionamento vertical em várias fases ajuda a distinguir uma seleção de carga incorreta de uma deterioração de uma bomba que, de resto, é adequada.
Verifique a temperatura, densidade, viscosidade e sólidos do fluido de acordo com os limites documentados pela bomba. Uma curva de eficiência da bomba de água pode não representar com precisão o fluido correspondente. A condição das válvulas e dos tubos também pode variar: uma válvula deixada parcialmente fechada após mudanças de manutenção altera a curva do sistema sem afetar a própria bomba. Confirme a rotação, o funcionamento e a condição de entrada após a manutenção.
Crie uma avaliação simples da energia
Colete dados de desempenho representativos em vez de apenas uma leitura pontual. Para cada faixa de operação, registre o fluxo, a pressão total, a potência de entrada real, o número de bombas, a velocidade ou a fase e as horas anuais. A energia para essa faixa é a potência de entrada multiplicada por horas. Acrescente as faixas e compare configurações alternativas com o mesmo fluxo e pressão entregues. Inclua manutenção, controles e necessidades de funcionamento em espera na comparação do ciclo de vida útil.
Se as medições forem limitadas, identifique claramente as estimativas e teste as hipóteses mais influentes. Evite inventar uma percentagem de economia antes de conhecer a curva do sistema, a curva de bombeamento e as horas de funcionamento. Uma primeira intervenção útil pode ser limpar um filtro, corrigir um ponto de controle ou alterar um limiar de faseamento. Reajuste as medições após a intervenção e mantenha os registros para verificar a melhoria pretendida.
Perguntas para enviar a um fornecedor
Solicite as curvas exatas da bomba e do motor, a eficiência ao longo da faixa de operação proposta, o fluxo contínuo mínimo, os limites de velocidade, os requisitos de pressão de entrada, as condições permissíveis do fluido e a operação em fases com quaisquer bombas paralelas. Informe ao fornecedor o fluxo normal e o pico de fluxo, a pressão de entrada exigida, a faixa de pressão de entrada, as estimativas de perda de tubulação, o perfil de operação, a alimentação elétrica e o objetivo de controle. Pergunte como a seleção proposta se comporta em condições normais de operação, não apenas no pico de projeto. A escolha correta é aquela que atende de forma confiável ao serviço, com energia total do sistema razoável ao longo do ciclo de operação real.
Perguntas frequentes
Uma bomba de vários estágios vertical é sempre mais eficiente do que uma bomba de um só estágio?
Não. A eficiência depende do ponto de trabalho e dos modelos específicos. Um design em várias fases pode ser adequado para caudais mais elevados, mas comparar as curvas com o mesmo caudal e pressão requeridos.
Um VFD sempre reduz o consumo de energia elétrica?
Não. As economias dependem da curva de funcionamento do sistema, da pressão de funcionamento, da variação da demanda, do intervalo de velocidade e das perdas de transmissão e motor. Medir ou modelar o ciclo de trabalho.
Posso avaliar a eficiência com base no fluxo de corrente do motor?
Não. O aplicativo Current alone exclui a tensão, o fator de potência, o fluxo entregue e a altura de elevação. Use a potência de entrada real e as medidas hidráulicas.
O que deve ser verificado antes de substituir uma bomba ineficiente?
Verifique o fluxo e a pressão, as posições das válvulas, a perda do filtro de areia, o fluxo de bypass, os controles, a entrada do motor, a rotação, o desgaste e a curva de funcionamento selecionada da bomba.
Aprimoramento
O NPTEL IIT Kharagpur Aprender sobre as características das bombas centrífugas explica as curvas de bomba e os pontos de operação que fundamentam as verificações de eficiência acima. Utilize a curva exata do fabricante para aquisição e comissionamento.
